Исследователи выяснили, как голуби ориентируются в пространстве

Новости МирТесен

Исследования мозга голубей выявили, что их способность ориентироваться в пространстве определяется вестибулярным аппаратом внутреннего уха, а не зрением или клетками в клюве, что противоречит предыдущим представлениям. Специалисты зарегистрировали работу нейронов в ответ на магнитное поле и уточнили принцип действия, основанный на электромагнитной индукции.

У птиц есть уникальная способность – магниторецепция, которую можно назвать «шестым чувством». Они используют магнитное поле Земли для ориентации во время миграций, преодолевая при этом тысячи километров. Механизм работы этого птичьего компаса долгое время оставался загадкой, однако существует три наиболее вероятные гипотезы.

Согласно первой, кристаллы магнетита, в клетках располагаются структуры, ориентирующиеся по магнитному полю, подобно стрелке компаса, и оказывающие давление на нервные окончания. Альтернативная гипотеза утверждает, что в глазах птиц присутствуют особые белки, которые, под воздействием света и магнитного поля, изменяют свои химические характеристики, позволяя птице, по сути, «воспринимать» магнитные линии.

Согласно третьей гипотезе, в основе работы внутреннего уха лежит электромагнитная индукция, при которой оно функционирует как генератор. Жидкость, находящаяся в полукружных каналах, обладает способностью проводить электричество, и её движение в магнитном поле вызывает появление электрического тока.

Изучение магниторецепции традиционно осуществлялось путем анализа тканевых образцов с целью выявления сенсоров, реагирующих на магнитное поле. Такой метод сопоставим с поиском иголки в стоге сена, поскольку магнитное поле пронизывает всю органическую материю, и сенсор может располагаться в любом месте.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, попытки установить связь «сверху вниз», начиная с мозга и двигаясь к предполагаемым сенсорным структурам, привели к исследованию тканей мозга путем воздействия на птиц вращающимся магнитным полем. В качестве маркера активной нейронной активности использовали белок C-FOS.

Для получения детальной трехмерной модели активности мозга голубей, его подвергали химической обработке, делавшей его прозрачным, после чего проводили лазерное сканирование. Чтобы оценить реакцию, птиц помещали в темноту и под свет, воздействуя на них вращающимся магнитным полем и сравнивая полученные результаты с контрольной группой.

Применение магнитной стимуляции привело к активации только одной области мозга – медиальных вестибулярных ядер, получающих информацию от внутреннего уха. Зрительные центры и участки, относящиеся к тройничному нерву (клюву), не проявили активности. Это позволяет исключить предположения о магнитном зрении или наличии магнетита в клюве.

В дальнейшем ученые провели детальное изучение внутреннего уха (ампулы полукружных каналов) на молекулярном уровне, используя секвенирование РНК отдельных клеток. В результате выяснилось, что определенный тип волосковых клеток (тип II) характеризуется наличием уникального комплекса белков ионных каналов, обеспечивающего их восприимчивость к незначительным колебаниям электрического потенциала.

Каналы CaV1.3 и BK имеют сходство с теми, которые применяются акулами и скатами для электрорецепции. Исходя из этого, можно предположить, что волосковые клетки второго типа способны функционировать как электрорецепторы. Во время полета и поворота головы голубя, жидкость внутри каналов внутреннего уха перемещается, пересекая магнитные линии Земли. Это вызывает индукцию и генерирует слабый электрический ток, который воспринимают клетки.

Новое исследование подтверждает, что способность птиц ориентироваться по магнитному полю Земли является частью механизма поддержания баланса. Это позволяет понять, почему почтовые голуби нередко совершают круговые движения при выборе направления: такие маневры нужны им для создания сигнала в их внутреннем компасе.